Neste tópico estão apresentadas as principais pesquisas relacionadas a adição de agregados reciclados provenientes de resíduos de construção e demolição em camadas de base, sub-base e reforço do subleito.
Caneiro, Cassa e Brum (2001) desenvolveram a partir do projeto Entulho Bom em Salvador o uso de agregados reciclados em camadas de base e sub-base de pavimentos. Através dos estudos buscaram determinar as características físicas, propriedades mecânicas e a proporção mais adequada para adição do material reciclado. Além do entulho, foram utilizados dois tipos de solos, um deles de comportamento laterítico e outro com comportamento saprolítico.
Os agregados reciclados miúdo e graúdo utilizados tem como maior proporção areia e pedregulho, com baixa presença de materiais contaminantes. Quanto ao ensaio de abrasão Los Angeles, o material apresentou um valor de 45% de desgaste, atendendo as especificações da NBR 11804 (ABNT, 1991) que recomenda um valor menor que 55% para sub-base e base de pavimentos.
Para realização do ensaio de índice de suporte Califórnia (ISC), Caneiro, Cassa e Brum (2001) moldaram seis diferentes amostras com diferentes teores de agregados reciclados e tipos de solo. Os resultados estao apresentados na Tabela 13.
_____________________________________________________________________________________________ Tabela 13: Comparação dos resultados das misturas com agregado reciclado
Amostra Materiais Umidade
ótima (%) Massa esp. Seca (g/cm³) CBR (%) Expansão (%) Am 0 100% solo laterítico 9,3 1,83 114,6 0,14 Am 10 30% solo laterítico/
70% Ag. Rec. Graúdo 14,2 1,82 112,0 0 Am 1 100% solo
saprolítico 22,0 1,38 25,5 5,69 Am 11 30% solo saprolítico/
70% Ag. Rec. Graúdo 25,8 1,52 50,7 0,65 Am 2 100% Ag. Rec. Miúdo 16 1,60 70,0 0
Am 12 30% Ag. Rec. Miúdo/
70% Ag. Rec. Graúdo 16,2 1,69 100,0 0
Fonte: Adaptado de Carneiro, Cassa e Brum (2001)
Analisando os resultados obtidos do ISC, os autores supracitados observaram que as misturas e materiais estudados, mostraram-se adequadas para utilização em camadas de sub-base de pavimentos, ficando com seus valores acima de 20%, conforme a NBR 11804 (ABNT, 1991) recomenda. Todas as misturas com solo laterítico e agregado reciclado, ou apenas o agregado reciclado em graduação miúda e graúda, apresentaram resultados convincentes, pelo fato de ficarem acima do limite mínimo exigido para camadas de base da norma citada acima, que é de 60%. Com o acréscimo da proporção de agregado graúdo ao solo laterítico, houve uma tendência de redução dos valores do ISC, que se deu pelo fato da diminuição da coesão das amostras.
Quanto a expansão das amostras, as misturas com solo laterítico e agregados reciclados apresentaram valores praticamente nulos, mostrando potencialidade para utilização em áreas com grande influência de umidade. Já as misturas, principalmente com 100% de solo saprolítico, apresentaram uma elevada expansão em contato com a água, mostrando-se ineficientes para o uso em camadas de base e sub-base (CARNEIRO; CASSA E BRUM, 2001).
Carneiro, Cassa e Brum (2001) concluiram que o agregado reciclado proveniente da cidade de Salvador é adequado para utilização em camadas de base e sub-base de pavimentos, tanto
______________________________________________________________________________ substituindo 100% o agregado natural ou incoporados em misturas de solos lateríticos. Porém ressaltam a importância dos estudos específicos para o material de cada região, pois tanto o solo quanto o agregado apresentam características distintas de acordo com o localalicade que são obtidos.
Motta (2005) analisou laboratoriamente os aspectos físicos e o comportamento mêcanico de agregados reciclados para utilização em camadas de base, sub-base e reforço do subleito com foco em vias urbanas de baixo tráfego. Para melhoramento da mistura e aumento da resistência do material , foram feitos ensaios com adição de 4% de cal e 4% de cimento portland. Além disso, para método de comparação, foram feitos ensaios com brita graduada, material com grande utilização em pavimentos.
Segundo o autor citado acima, os agregados reciclados provenientes de RCD, tem origem de uma recicladora de São Paulo. Para sua caracterização, os materiais foram separados em seis grupos, sendo os: cimentícios, materiais britados, cerâmicos vermelhos, piso/azulejo, telha de amianto e material fino. A Figura 20 demostra a composiçao do agregado estudado.
Figura 20: Composição do agregado reciclado estudado
Fonte: Motta (2005)
Motta (2005) observou que a maior fração da amostra, com mais de 65% do total é composta por materiais cimentícios (concreto e argamassa) e materiais britados (considerados como nobres na pavimentação). Os materiais com granulometria fina estão presentes de forma significativa, ocupando cerca de um quarto do mateiral, o que é importante, pois ajuda no processo
_____________________________________________________________________________________________ de compactação e travamentos dos agregados maiores, tornando a mistura mais coesa e diminuindo o volume de vazios.
Quanto ao ensaio de abrasão “Los Angeles” que avalia a resistência ao desgaste dos agregados, Motta (2005) obteve com o material composto de RCD um resultado de aproximadamente 50%. Para título de comparação a NBR 11804 (ABNT, 1991) define como máximo para bases e sub-bases estabilizadas granulométricamente o valor de 55%, já a brita graduada, segundo a NBR 11806 (ABNT, 1991) deve ter um valor menor que 40%. Pode-se pereceber que existe uma grande variação nos valores encotrados por diversos autores devido a grande variança do material e a sua origem.
Motta (2005) realizou os ensaios mecânicos a partir de corpos de prova com um teor de umidade de 11% e energia de compactação intermediária. O ensaio de Índice Suporte Califórnia (ISC) é um dos mais conhecidos no meio rodoviário e segundo a NBR 15115 (ABNT, 2004) é um item necessário a ser verificado quando o agregado reciclado for utilizado e os resultados encotrados na pesquisa estão apresentados na Tabela 14.
Tabela 14: Resultados do ISC
Fonte: Motta (2005)
Conforme Motta (2005), houve um aumento significativo dos valores de suporte do material com o tempo de cura sendo que aos 90 dias este já supera os 100% da brita padrão utilizada para o ensaio. Como os valores médios ficaram entre 76% e 128% e a expansão igual a 0%, o agregado satisfaz todos os requisitos mínimos estipulados pela da NBR 15115 (ABNT, 2004) e apresentados na Tabela 15.
______________________________________________________________________________ Tabela 15: Limites de ISC e expansão NBR 15115 (2004)
Fonte: NBR 15115 (ABNT, 2004)
O ensaio para Resistência à tração por compressão diametral foi realizado utilizando-se como referência algumas determinações descritas na NBR 15087 (ABNT, 2004) para misturas asfálticas, visto que não existem normas especificas para agregados reciclados. Como pode ser observado na Tabela 16 foram analisados corpos de prova com apenas o material reciclado, com adição de 4% de cal e com adição de 4% de cimento portland. Os tempos de cura foram de 0, 7, 28, 90 e 180 dias (MOTTA, 2005).
Tabela 16: Resultados dos ensaios de RTCD
_____________________________________________________________________________________________ Com base na Tabela 16, Motta (2005) observou que a amostra com apenas agregado reciclado não se alterou com o passar da cura, ficando em torno de 0,01 MPa. Com a incorporação de 4% de cal ou cimento, a resistência aumentou significativamente. Comparando os melhores resultados encontrados (adição de 4% de cimento portland) com o de misturas asfálticas, que são bem mais coesas, estes chegaram a um valor bem próximo cerca de 0,45 MPa, ante 1,0 MPa das misturas betuminosas.
O ensaio para determinação da resistência à compressão simples (RCS), que normalmente é utilizado para analisar misturas cimentadas foi realizado a partir da especificaçõe ME-201/94 (DNER, 1994) para solo-cimento e os resultados estão apresentados na Tabela 17.
Tabela 17: Resultados dos ensaios de RCS
______________________________________________________________________________ Do mesmo modo que nos ensaios de RTCD, os resultados de resistência à compressão simples, para os agregados in natura, permanceram constantes ao longo do tempo de cura, porém com valores maiores, cerca de 0,40 MPa. Com adição de cal ou cimento portland, a resistência à compressão teve um aumento expressivo, com ganhos de até 16 vezes mais aos 90 dias (MOTTA, 2005).
A NBR 15115 (ABNT, 2004) especifica a adição de cal e cimento para a estabilização granulométrica do agregado reciclado para aumentar sua resistência, que deve atingir um valor de 2,1 MPa após 7 dias de cura. Conforne Motta (2005), as misturas ensaiadas com 4% de cimento portland atingiram aos 7 dias valores superiores ao recomendado pela norma, chegando a 2,78 MPa, porém o agregado in natura e os com adição de cal, não alcançaram os valores determinados para a referida data.
Os ensaios relativos ao Módulo de Resiliência (MR) visam demonstrar as deformações recuperáveis de uma estrutura do pavimento. Como na NBR 15115 (ABNT, 2004) não existem itens que se relacionam ao MR de agregados reciclados, os resultados foram comparados com os encontrados na pesquisa IP-08 da PMSP (2003), que estima que para camadas de base executada em materiais granulares, os valores devem se enquadrar entre 100 MPa e 500 MPa. Todos os valores encontrados nesta pesquisa foram acima do mínimo, mostrando que o MR é similiar ou até mesmo superior ao dos materiais usualmente utilizados na pavimentação (MOTTA, 2005).
Motta (2005) concluiu, com base nos resultados obtidos, que os agregados reciclados provenientes de RCD são uma boa alternativa de substituição de materiais convencionais para as camadas de base, sub-base e reforço do subleito em vias de baixo tráfego. Porém, para vias de tráfego mais intenso, é necessário um maior estudo desses materiais, visto que o mesmo possui uma significativa quebra de grãos que pode acarretar em uma alteração na estrutura do pavimento, além da dificuldade de encontrar uma homogenidade no agregado.
Leite (2007) avaliou através de ensaios laboratoriais e estudo de caso em um trecho de 1.020 metros de comprimento no campus da Universidade de São Paulo, a utilização de agregado reciclado proveniente de resíduos de construção e demolição em camadas de base e sub-base de pavimentos. O material utilizado na pesquisa foi separado por classe e sua constituição pode ser vista na Figura 21.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 21: Porcentagem em massa do material presente no RCD
Fonte: Leite (2007)
Como pode ser visto na Figura 38, o material com maior constituiçao na amostra é o de materiais cimentícios com 55,3%, seguidos dos materiais cerâmicos com 29,4 %. Como sua fraçao graúda possui menos de 90% da soma de materiais cimentícios e rochas considera-se que o agregado reciclado é do tipo misto (LEITE, 2007).
Leite (2007) analisou o comportamento mecânico do agregado reciclado pelos ensaios de índice de suporte Califórnia (ISC), módulo de resiliência (MR) e deformação permanente. Para o primeiro ensaio, foram moldados quatro corpos-de-prova na energia intermediária com umidade de 14,6% e quatro corpos-de-prova na energia modificada com umidade de 13,5%. Os resultados estão apresentados na Tabela 18.
Tabela 18: Valores do índice de suporte Califórnia
______________________________________________________________________________ Os valores médios do agregado reciclado para o ensaio ISC foram de 73% para energia intermediária e de 117% para energia modificada. Porém, alguns dados apresentados tiveram bastante desparidade, devido a heterogeneidade do agregado reciclado e também devido a possíveis erros de ensaio. Além disso, em função da granulometria do agregado, que possui grande parte de pedregulho, pode implicar em valores altos de ISC caso um agregado de maior tamanho fique embaixo do pistão (LEITE, 2007).
Ambos resultados do ISC se encontraram acima dos limites estipulados pela NBR 15115 (ABNT, 2004) para emprego em reforço do subleito, sub-base e base para vias de baixo tráfego. Com relação a expensão do agregado reciclado em presença de água, não houve nenhuma alteração no material (LEITE, 2007).
Para determinação do módulo de resiliência, Leite (2007) moldou corpos-de-prova com 150mm de diâmetro e 300mm de altura, sendo dois corpos-de-prova com energia intermediária e dois com energia modificada. A determinação do módulo foi feita conforme a ME-131/94 (DNER, 1994), empregado para solos e os resultados podem ser vistos na Tabela 19.
Tabela 19: Módulo de resiliência obtidos para mesmo nível de tensão
Fonte: Leite (2007)
Com base nos resultados encontrados, Leite (2007) verificou que o módulo de resiliência teve um aumento significativo em função da energia aplicada. Para a energia intermediária o valor encontrado foi de 270 MPa e para energia modificada 320 MPa, cerca de 20% a mais, o que mostra que uma maior energia de compactação implica em uma redução de deformabilidade do agregado. Conforme as instruções de projeto da PMSP-IP-08 (PMSP, 2003) os valores médios estimados para o módulo de resiliência para camadas de base em mateiral granular deve situar-se entre 100
_____________________________________________________________________________________________ MPa e 500 MPa. Portanto o material está de acordo com o recomendado pela bibliografia e pode ser utilizado.
Os ensaios de deformação permanente dos corpos-de-prova com o agregado reciclado estudado foram submetidos a 100.000 ciclos e as análises foram divididas em três etapas: comparação do desempenho do agregado compactado com energia modificada e intermediária; comparação do desempenho do agregado compactado com energia modificada e variando os níveis de tensão e comparação do agregado reciclado com a brita graduada compactados na energia modificada (LEITE, 2007).
Leite (2007) observou que a energia de compactação utilizada modificou os resultados da resistência do material quanto à deformação permanente. Para um nível de tensões de 6,0 o agregado reciclado teve aos 100.000 ciclos uma deformação permanente de 3,98x10-3 mm/mm com energia intermediária. Já com o uso de energia modificada, o valor diminuiu para 3,60x10-3 mm/mm, mostrando que quando bem compactado o material apresenta uma resistência maior as deformações.
Com a variação do nível de tensões, o comportamento do agregado reciclado também se modificou. A menor deformação permanente encontrada aos 100.000 ciclos foi com uma tensão de 2,0 chegando ao valor de 1,27x10-3 mm/mm. Quanto maiores as tensões utilizadas, maior foram as deformações encontradas, o que evidencia a importância de conhecer o nível de tensões na qual a estrutura estará submetida, evitando assim grandes deformações e consequentemente a ruptura do pavimento (LEITE, 2007).
Comparando o desempenho do agregado reciclado com a brita graduada, Leite (2007) observou que para um mesmo nível de tensões (2,0) a deformação permanente aos 100.000 ciclos do primeiro foi de 1,27x10-3 mm/mm frente à 6,23x10-3 mm/mm do último. Apesar dos materiais
possuirem a mesma granulometria, o agregado reciclado teve uma deformação muito inferior a brita graduada, mostrando que este possui uma maior coesão entre as partículas constituintes.
______________________________________________________________________________ Tabela 20: Deformações permanentes medidas por ensaios triaxiais
Fonte: Leite (2007)
De acordo com Leite (2007), para o dimensionamento de uma estrutura com agregado reciclado, não se deve utilizar apenas o índice de suporte Califórnia como parâmetro, pois este pode sofrer uma grande variação em função da fração de pedregulhos do material, sendo recomendado que se utilize de outros ensaios e análises mecânicas para fazer um estudo mais aprofundado e conhecer melhor o material a ser empregado.
Leite (2007) concluiu que o material reciclado tem potencial para utilização em camadas principalmente de sub-base. Para utilização em camadas de base, o tráfego deve ser conhecido e as deformações permanentes devem ser verificadas em campo. Além disso, a energia de compactação e seu controle em campo, são muito importantes para o emprego do agregado reciclado, sendo o uso de energia modificada indispensável para se ter um bom desempenho do material.
Grubba (2009), através de ensaios laboratoriais, analisou as propiedades físicas e o comportamento mecânico de agregados reciclados de concreto (ARC) provenientes de uma usina de reciclagem de resíduos de construção e demolição na cidade de São Carlos/SP, comparando-as com agregados naturais e misturas do ARC e solo. Foram visados o emprego desses materiais para camadas de base e sub-base de pavimentos, variando sua energia de compactação e analisando o seu comportamento com o tempo de cura.
A Figura 22 ilustra os resultados obtidos por Grubba (2009) quanto ao índice de suporte Califórnia para o agregado natural e o agregado reciclado de concreto em função do teor de umidade e com energia de compactação modificada.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 22: Variação do CBR em função do teor de umidade
Fonte: Grubba (2009)
Com base na Figura 22, o autor supracitado observou que ambos os agregados obtiveram altos valores de CBR para todos os teores de umidade testados. A respeito da influência da umidade nos resultados, nota-se que o agregado reciclado de concreto é menos sensível a variação de umidade do que o agregado natural, ou seja, sua capacidade de suporte se modifica em menor escala.
Para os teores de umidade ótima, os valores encontrados por Grubba (2009) para o CBR do agregado reciclado de concreto e do agregado natural foram de, respectivamente, 172% e 142%. Em relação à expansibilidade dos materiais, após quatro dias imersos em água, ambos apresentaram expansão nula.
Para efeitos de comparação, Grubba (2009) moldou corpos-de-prova utilizando energia de compactação intermediária e os resultados estão expostos na Tabela 21.
Tabela 21: Resultados do CBR do ARC compactado com energia intermediária
______________________________________________________________________________ Analisando a Tabela acima, observa-se que o CBR médio do ARC moldado com energia intermediária foi de 125%, sendo esse valor mais de duas vezes maior que o mínimo exigido pela NBR 15115 (ABNT, 2004) para a utilização dos agregados reciclado em camadas de base, e considerando a utilização para camadas de sub-base, o valor é cerca de seis vezes mais alto. Comparando as duas energias de compactação utilizadas, nota-se que a utilização de energia modificada gera um incremento de mais de 50% da capacidade de suporte dos agregados, influênciando diretamente em sua resistência (GRUBBA, 2009).
Grubba (2009) executou os ensaios de compressão simples através de uma prensa instrumentada que possibilitou determinar a tensão de ruptura e dos módulos tangentes dos materiais estudados, conforme Tabela 22.
Tabela 22: Resultados do ensaio de compressão simples
Fonte: Grubba (2009)
O autor citado acima observou que a resistência à compressão simples do agregado reciclado é muito próxima a mistura com adição de 25% de solo argiloso. Além disso, a mistura apresenta uma rigidez cerca de 50% mais elevada do que a com apenas o agregado puro. Já o solo, possui uma resistência cerca de três vezes maior que o ARC e uma rigidez de aproximadamente oito vezes maior. Este comportamento já era esperado, visto que os solos argilosos lateríticos, para este ensaio, normalmente são muito superiores aos materiais com maior granulometria.
Analisando os resultados de compressão simples quando deixado os corpos-de-prova curando em câmara úmida (Tabela 23), os mesmos tiveram um aumento significativo em seu desempenho, sendo que aos 90 dias a resistência do material foi cerca de cinco vezes maior que a inicial. Quanto a influência da energia de compactação, percebeu-se que a diferença foi mais acentuada até os 28 dias, após esse período, os valores foram praticamente iguais, devido ao aumento da coesão do material pelo efeito de cimentação presente no agregado reciclado (GRUBBA, 2009).
_____________________________________________________________________________________________ Tabela 23: Resultados do ensaio de compressão simples ao longo do tempo
Fonte: Grubba (2009)
A partir dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral (Tabela 24), Grubba (2009) alcançou para o agregado reciclado de concreto valores de 2 e 5 KPa para as energias intermediária e modificada. A mistura de solo ao ARC resultou em um incremento a sua resistência a tração, tendo um valor de 9 KPa. Já o solo puro apresentou valores muito superiores aos demais materiais, pois os agregados não apresentam coesão entre as partículas e quando se aplica um carregamento se separam com facilidade.
Tabela 24: Resultados de RTCD imediata
Fonte: Grubba (2009)
Com o efeito do tempo de cura nos corpos-de-prova, da mesma forma que ocorreu para os ensaios de compressão simples, houve um ganho significativo de resistência com o passar do tempo para ambas energias de compactação. Tal efeito se justifica pela cimentação própria do agregado reciclado de concreto que faz aumentar sua coesão e consequente resistência (GRUBBA, 2009).
Grubba (2009) calculou o módulo de resiliência (MR) a partir de uma aplicação prática com uma estrutura de pavimento hipotética realizada com o programa computacional ELSYM 5 por meio de um processo interativo de cálculo. Foram analisados para os diferentes materiais o seu valor no centro de uma camada de base com um carregamento composto de duas rodas de eixo padrão para volumes baixos de tráfego e os resultados estão visíveis na Tabela 25.
______________________________________________________________________________ Tabela 25: Valores de MR para o centro da camada de base
Fonte: Grubba (2009)
Comparando os resultados encontrados, o autor citado acima verificou que o agregado reciclado de concreto, o agregado natural e a mistura de solo com ARC, para energia de compactação modificada, tiveram valores semelhantes, todos acima de 200 MPa. Porém em comparação com o solo os valores ficaram cerca de três vezes mais baixos. Apesar dos bons resultados, a utilização de solos argilosos em camadas de base deve ser com cuidado, pois ao contrário de materiais granulares, possuem uma grande variação na sua resistência com a alteração da umidade.
Grubba (2009) concluiu que o agregado reciclado de concreto necessita de uma quantidade de água maior para chegar em sua umidade ótima, devido a sua maior absorção e menor densidade aparente. O agregado reciclado composto apenas por concreto apresenta melhor desempenho quanto a quebra durante a compactação em relação aos agregados reciclados misto pela natureza dos materiais constituintes.
Quanto aos ensaios mecânicos o material apresentou bom desempenho e seus resultados